Dichtungseinrichtung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diehtung@seinrichtung zwischen zwei relativ zueinander rotierenden Teilen.
Die bekannten Gasdichtungen dieser Art lassen sich in drei Grippen einteilen: Dich tungen mit gleitenden Dichtungsflächen, La.l;y- rinthdiehtungen und. Dichtungen mit einer Sperrflüssigkeit.. L'ndichtigkeiten an Gleit d:iehtungen können nur dureb Vergrösserung des Anpressdruekes der Dichtung auf die re lativ zueinander rotierenden Teile verringert werden.
Grosse Drttekkräfte wiederum v er- ursaehen bei hohen. Geschwindigkeiten eine bedeutende Reibung, da eine Schmierung der Dichtung nicht möglich ist.
Bei radialen Labyrinthdichtttngen ist eine gute Zentrierung zwischen Rotor und Stator, bei axialen Labyrinthd'ichtungen eine gut,-, axiale Justierung zwischen Rotor und, Stator nötig; beide Typen benötigen eine grosse Zahl von Stufen, wenn ein grosser Drtrckttnte!rsehied vorhanden ist.
Diehtungen mit Sperrflüssigkeiten sind rneisst teuer und: schwierig zu überwachen.
Die vorliegende Erfindung hat- nun eine Einrichtung rum Gegenstand, die d'adureh gekennzeichnet ist,, dass von zwei relativ zu einander rotierenden Teilen der erste Teil in einer dem zweiten Teil zugewandten Rota- t.ionafläche eine schraubenlinienförmig verlau fende Rinne aufweist, in welcher Rinne ein ferl.ernd,es-, schraubenlinienförmig gewundenes Dichtungselement. untergebracht ist,
das teil weise aus ihr hinausragt, an einer ihm zuge wandten Rotationsfläche des zweiten Teils an liegt. und an seinem einen Ende am ersten Teil befestigt ist.
Im folgenden. wird an Hand einer Zeich nung ein Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben.
Fig. 1 ist ein axialer Schnitt durch einen Axialkampr essor einer C'as turbine, bei dem einzelne Partien weggebrochen sind.
Fig. 2 ist: ein Schnitt nach dier Linie 2--2 der Fig. 1.
Fig, 3 ist, ein der Fig.l entsprechender Schnitt eines andern Ausführungsbeispiels. Fig. 4 ist ein .Schnitt. nach der Linie 4-4 der Fig. 3.
Die beiden dargestellten Ausführungsbei spiele sind Gasdichtungen für das Ausgangs ende eines Rotationskompressors einer bekann ten Gasturbine; von der Maschine ist jeweilen nur so viel gezeichnet., wie zum Verständnis der Erfindung nötig- isst.
Im Beispiel der Fig.1 und 2 ist das Dich- tungyse:lement. in der innern Fläche eines fest stehenden ringförmigen Teils angeordnet, wäh rend im zweiten Beispiel das Dichtungsele ment. in der äussern Fläche eines feststehen den ringförmigen Teils angeordnet. ist. In bei den Beispielen ist der Drehsinn des Kom.pres- Bors derselbe, nämlich im Uhrzeigersinn, wenn man die Figuren von links betrachtet.
Gleiche Teile sind in beiden Beispielen mi!t denselben Bezugszeichen versehen.
Jedes Beispiel weist ein zylindrisches Ge häuse 10 des Kompressors auf, das mit dem Ausgangsgehäuseteill 1.2 verbunden ist. Der Rotor 1-4 ist drehbar im Ausgangsgehäuseteil 12 gelagert. Er trägt einen Kranz von Rotor- schaufeln 16, die zwischen Statorschaufeln 18 lieben. Ein ringförmiger Auestrittskanal 20 liegt zwischen. dem Gehäuseteil 12 und einem innern Teil 22.
Am vordern Ende weist der Gehäuseteil 22 eine Scheibe 24 auf, die ein nicht dargestelltes Lager für den Rotor 14 trägt. Die Seheibe 24 bildet, mit dem hintern Ende des Rotors 14 eine Kammer, in welcher die Gase beinahe Atmos@phärendruck haben. Der hohe Druck würde aus dem Kompressor rasch in diese Kammer 26 entweichen, wenn sie nicht mit der im folgenden beschriebenen Anordnung versehen wäre.
Ein ringförmiger Flansch 28 mit einer zylindrischen Fläche 30 ist mit der feststehen den Scheibe 2'4 durch eine kranzförmig ange ordnete Reihe von Bolzen 3:2 verbunden. Ein ringförmiger Flansch 34 mit einer zur Fläche 30 koaxialen Fläche 36 ist mit dein Rotor durch Bolzen 38 verbunden. Eine schrauben förmig verlaufende Rinne 40 finit rechteckigem Querschnitt. ist. in der Fläche 30 des Flansches 28 angebracht.
In dieser Rinne 40 lieg: als. Dichtungselement eine Schraubenfeder 42 mit im wesentlichen. rechteckigem Querschnitt.. Sie kann aus einer Legierung bestehen, die Ma: gnerium, Aluminium und Stahl enthält. Der gegen das Innere gerichtete Teil 44 der Feder 42 liegt federnd auf der Fläche 36 des Rotors auf.
Dieser Teil 44 oder die ganze Feder kann mit einem Lagermetall überzogen sein, wie z. B. Messing oder Silber. Die Feder 42 sitzt so lose in der Rinne 40, dass sie sich frei aus dehnen und zusammenziehen kann. Gegen eine Verschiebung ist sie jedoch dadurch gesichert, dass das eine Ende 46, nämlich das in Strö mungsrichtung gesehen hintere Ende, in einem Schlitz 48 steckt, der gegen die benachbarte Federwicklung anliegt und dadurch den Gang zwischen den. Federwindungen abdichtet.
Im Beispiel der Fig.l und 2 liegt. die Rotorfläche 36 innerhalb der Dichtungsfeder 42. Diese Feder hat eine Rechtswindung. lin unbelasteten Zustand ist der innere Durch messer der Feder kleiner als der Durchmesser der Zylinderfläche 36. Die eigene Elastizität der Feder 42 bewirkt, dass sie an .der Fläche 36 gut anliegt. Dem Berührangsd'ruck zwischen der Feder 42 und der Fläche 36 kann dadurch verändert werden, :da.ss man den Innendurch messer der unbelastet-.en Feder ändert. Dieser Berührungsdruck soll nicht zu. gross sein, so dass keine unnötige Reibungswärme entsteht.
Es besteht bei dieser Anordnung keine Gefahr, da.ss sich die Feder 42 mit dem Rotor 14 ver- klemmt., da bei einer Zunahme des Feder druckes die Feder durch die Fläche 36 nach aussen verdreht, also gelöst wird. Der Druck regelt sieh also stets selbst und eine Sehniie- rung der Dichtung ist unnötig, trotz Drehzah len von 10000 U/Min. und mehr bei einem Durchmesser der Ringflanschen von mehr als 75 ein.
Natürlich ist. diese Dichtungsanor d= nung nur für die Drehung in einer Richtung brauchbar, da. bei entgegengesetzter Drehrich tung die Feder sich am Rotor festklemmen würde, wodurch die ganze Einrichtung be- schädigt. würde. Man kann nach Wunsch zur Verminderung der Reibung entweder die Flä ehe 36 des Rotors oder die Berührungsstelle der Feder mit, einem weichen Lagermaterial überziehen, wie z. B. Messing oder Silber.
Die Fig. 3 und 4 zeigen ein zweites Aus- führungsbeispiel. Hier dreht sich der Rotor im<B>Uli</B> rzeigersinn, aber die Fläche 36 des Rotors liegt aussen an der Dichtungsfeder 4?, im Gegensatz zum oben beschriebenen Beispiel. Es wird hier eine links gewickelte Schrauben fedier verwendet, deren äusserer Durchmesser in entlastetem Zustand der Feder grösser ist als der Innendu rchmesser der Zylinderfläche 36.
Falls, die Reibung zu, gross wird, wird die Feder durch die. Fläche 36 zusammengedreht, so .dass der Druck sofort wieder geringer wird.
Wenn R.ingteüle mit grossem Durchmesser ver wendet werden, ist es wichtig, dass sie am feststehenden Teil befestigt sind, damit die Dichtungskräfte nicht d'uTeh das Auftreten von geschwindigkeitsabhängigen Zentri:fugal- kräften verändert -werden.
Sealing device The present invention relates to a sealing device between two parts rotating relative to one another.
The known gas seals of this type can be divided into three groups: You lines with sliding sealing surfaces, La.l; yrinthdichtungungen and. Seals with a barrier fluid. Leakages on sliding wires can only be reduced by increasing the contact pressure of the seal on the parts rotating relative to one another.
In turn, large external forces are caused by high. Speeds cause significant friction as the seal cannot be lubricated.
With radial labyrinth seals a good centering between rotor and stator is necessary, with axial labyrinth seals a good, axial adjustment between rotor and stator is necessary; both types require a large number of stages when there is a large pressure level.
Barrier fluid devices are expensive and: difficult to monitor.
The subject of the present invention is a device which is characterized by the fact that of two parts rotating relative to one another, the first part has a helical groove in a rotating surface facing the second part, in which Gutter a ferlend, es-, helically wound sealing element. is housed,
which partially protrudes from it, lies on a rotational surface of the second part facing it. and is attached at one end to the first part.
Hereinafter. an embodiment of the invention is described with reference to a drawing.
Fig. 1 is an axial section through an Axialkampr essor a C'as turbine, in which individual parts have broken away.
FIG. 2 is a section on line 2--2 of FIG. 1.
Fig. 3 is a section corresponding to Fig.l of another embodiment. Fig. 4 is a .Schnitt. along line 4-4 of FIG. 3.
The two illustrated Ausführungsbei games are gas seals for the output end of a rotary compressor of a well-known gas turbine; only as much of the machine is drawn as is necessary to understand the invention.
In the example in FIGS. 1 and 2, the sealing system is: element. arranged in the inner surface of a stationary annular part, while the second example rend the Dichtungsele element. arranged in the outer surface of a stationary the annular part. is. In the examples, the direction of rotation of the Kom.pres-Bor is the same, namely clockwise if you look at the figures from the left.
The same parts are provided with the same reference symbols in both examples.
Each example has a cylindrical Ge housing 10 of the compressor, which is connected to the output housing part 1.2. The rotor 1-4 is rotatably mounted in the output housing part 12. It carries a wreath of rotor blades 16, which love between stator blades 18. An annular outflow channel 20 lies between. the housing part 12 and an inner part 22.
At the front end, the housing part 22 has a disk 24 which carries a bearing, not shown, for the rotor 14. The Seheibe 24 forms, with the rear end of the rotor 14, a chamber in which the gases have almost atmospheric pressure. The high pressure would quickly escape from the compressor into this chamber 26 if it were not provided with the arrangement described below.
An annular flange 28 with a cylindrical surface 30 is connected to the fixed to the disc 2'4 by a ring-shaped row of bolts 3: 2. An annular flange 34 with a surface 36 coaxial with surface 30 is connected to the rotor by bolts 38. A helically extending channel 40 finite rectangular cross-section. is. mounted in surface 30 of flange 28.
In this channel 40 lies: as. Sealing element a coil spring 42 with essentially. rectangular cross-section .. It can be made of an alloy containing magnesium, aluminum and steel. The part 44 of the spring 42 directed towards the interior rests resiliently on the surface 36 of the rotor.
This part 44 or the whole spring can be coated with a bearing metal, such as. B. brass or silver. The spring 42 is so loosely seated in the channel 40 that it can freely expand and contract. However, it is secured against displacement by the fact that one end 46, namely the rear end seen in the direction of flow, is inserted in a slot 48 which rests against the adjacent spring winding and thereby the passage between the. Seals spring coils.
In the example of Fig.l and 2 is. the rotor surface 36 within the sealing spring 42. This spring has a right-hand winding. In the unloaded state, the inner diameter of the spring is smaller than the diameter of the cylinder surface 36. The elasticity of the spring 42 itself means that it lies well against the surface 36. The contact pressure between the spring 42 and the surface 36 can be changed by changing the inside diameter of the unloaded spring. This touch pressure is not supposed to. be large so that no unnecessary frictional heat is generated.
With this arrangement there is no risk of the spring 42 jamming with the rotor 14, since when the spring pressure increases, the spring is rotated outward by the surface 36, that is, it is released. The pressure always regulates itself and it is unnecessary to tighten the seal, despite speeds of 10,000 rpm. and more if the diameter of the ring flanges is greater than 75.
Of course is. this sealing arrangement is only useful for rotation in one direction, since. in the opposite direction of rotation, the spring would clamp itself to the rotor, which would damage the entire device. would. You can either cover the surface before 36 of the rotor or the contact point of the spring with a soft bearing material, such as. B. brass or silver.
FIGS. 3 and 4 show a second exemplary embodiment. Here the rotor rotates clockwise, but the surface 36 of the rotor lies on the outside of the sealing spring 4?, In contrast to the example described above. A left-handed spring coil is used here, the outer diameter of which, when the spring is unloaded, is greater than the inner diameter of the cylinder surface 36.
If the friction is too large, the spring is Surface 36 twisted together so that the pressure is immediately lower again.
If large diameter ring parts are used, it is important that they are attached to the fixed part so that the sealing forces are not altered by the occurrence of velocity-dependent centrifugal forces.